【摘要】：隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,電磁波輻射產(chǎn)生的危害越來越明顯。電磁波輻射不僅影響電子器件的正常運行,產(chǎn)生環(huán)境污染,還對人類健康造成一定的危害。電磁波吸收材料(吸波材料)可有效地吸收電磁能,并將其轉(zhuǎn)化為熱能而消耗,因而使其在軍事或民用中都得到廣泛的應(yīng)用。石墨烯具有比表面積大、密度低、導(dǎo)電性好、耐高溫和抗氧化能力強等特點,因此可作為吸波材料使用。然而,研究發(fā)現(xiàn),單一石墨烯具有較高的介電損耗,磁性較小,因此吸波性能并不理想。將石墨烯與磁性吸收劑復(fù)合,通過改善其阻抗匹配可有效提高石墨烯的吸波性能。目前,對于石墨烯基吸波材料的研究主要集中于二元復(fù)合,而對于石墨烯基三元復(fù)合材料吸波性能的研究報道較少。為制備吸波性能優(yōu)異的新型材料,本文將石墨烯、導(dǎo)電聚合物和磁性納米粒子進行復(fù)合,構(gòu)筑新型三元復(fù)合材料,使其兼具磁損耗與介電損耗,并對三元復(fù)合材料的吸波性能進行了研究。研究內(nèi)容如下:(1)采用三步法分別制備了石墨烯-聚苯胺-Co3O4、石墨烯-聚吡咯-Co3O4和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩-Co3O4三元復(fù)合材料。先在氧化石墨表面利用原位聚合法包覆一層導(dǎo)電聚合物;其次,通過水熱法在其表面均勻附著Co3O4納米粒子;最后,利用水合肼將氧化石墨還原。吸波性能研究表明,相對于石墨烯-聚苯胺、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩二元復(fù)合材料而言,加入Co3O4納米粒子后,三元復(fù)合材料的吸波強度和頻帶寬度均有所增加。在2-18 GHz范圍內(nèi),三種復(fù)合材料吸波最大值分別為-44.5dB、-43.5 dB和-46.5 dB,-10 dB以下的頻帶寬度分別為4.3 GHz、6.4 GHz和2.1 GHz,該三元復(fù)合材料可作為一種新型的吸波材料使用。(2)將原位聚合法與共沉淀法相結(jié)合,采用兩步法分別制備了石墨烯-聚苯胺-Fe_3O_4、石墨烯-聚吡咯-Fe_3O_4和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩-Fe_3O_4三元復(fù)合材料。電磁參數(shù)研究表明,石墨烯-聚苯胺-Fe_3O_4、石墨烯-聚吡咯-Fe_3O_4和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩-Fe_3O_4三元復(fù)合材料的介電損耗和磁損耗之間的阻抗匹配得到調(diào)節(jié),且多級界面產(chǎn)生的界面極化以及Fe_3O_4納米粒子產(chǎn)生的偶極極化和電子極化均對復(fù)合材料的吸波性能產(chǎn)生影響。在2-18 GHz范圍內(nèi),三種復(fù)合材料吸波最大值分別為-43.9 dB、-56.9 dB和-56.3 dB,-10 dB以下的頻帶寬度分別為3.4 GHz、2.7 GHz和2.9 GHz,對應(yīng)的厚度分別為2.5 mm,5.3 mm和2.9 mm。(3)將原位聚合法與水熱法相結(jié)合,利用兩步法分別制備了石墨烯-聚苯胺-NiFe_2O_4、石墨烯-聚吡咯-NiFe_2O_4和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩-NiFe_2O_4三元復(fù)合材料。水熱法中堿性溶液不僅促使NiFe_2O_4納米粒子的生成,同時還可作為還原劑直接將氧化石墨還原。研究表明,粒徑在5-20 nm之間的NiFe_2O_4粒子出現(xiàn)部分團聚現(xiàn)象,由于NiFe_2O_4粒子的存在,三元復(fù)合材料均具有超順磁性。電磁參數(shù)研究表明,將導(dǎo)電聚合物和NiFe_2O_4納米粒子同時加入石墨烯中,復(fù)合材料的阻抗匹配得到調(diào)節(jié),且多元界面產(chǎn)生的界面極化以及電子在石墨烯和導(dǎo)電聚合物之間的傳遞均對復(fù)合材料的吸波性能產(chǎn)生影響。在2-18 GHz范圍內(nèi),三種復(fù)合材料吸波最大值分別為-50.6 dB、-44.8 dB和-45.4 dB,-10 dB以下的頻帶寬度分別為5.5 GHz、4.5 GHz和4.8 GHz。4.利用原位聚合法和水熱法分別制備了石墨烯-聚苯胺-Co Fe_2O_4、石墨烯-聚吡咯-Co Fe_2O_4和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩-Co Fe_2O_4三元復(fù)合材料。研究表明,Co Fe_2O_4納米粒子的存在使三元復(fù)合材料具有鐵磁性。三種復(fù)合材料在2-18 GHz范圍內(nèi)吸波最大值分別為-39.7 dB、-50.8 dB和-43.1 dB,-10 dB以下的頻帶寬度分別為4.8 GHz、4.3 GHz和2.7 GHz,其優(yōu)異的吸波性能主要與改善的阻抗匹配、增強的界面極化以及Co Fe_2O_4粒子的電子極化有關(guān)。5.以十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑,采用兩步法制備了不同形貌的石墨烯-NiFe_2O_4-CuS納米片復(fù)合材料。研究表明,NiFe_2O_4納米粒子的存在使石墨烯-NiFe_2O_4-CuS納米片具有超順磁性,而十六烷基三甲基溴化銨的用量對CuS納米片的形貌有很大影響。石墨烯-NiFe_2O_4-CuS納米片復(fù)合材料的吸波性能優(yōu)于單一石墨烯和石墨烯-NiFe_2O_4,在厚度為2.5 mm時最大吸收可達-50.4 dB,-10 dB以下的吸收頻帶寬度為4 GHz(9.6 GHz-13.6 GHz)。其優(yōu)異的吸波性能與復(fù)合材料特殊的三維多孔結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和孔容、增強的界面極化以及改善的阻抗匹配有關(guān)。
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【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33
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本文編號：2427518